[发明专利]一种LTCC叠层耦合馈电圆极化微带贴片天线

说明书

技术领域：

本发明属于天线技术领域，特别是一种用于无线电接收的低剖面微带分形贴片天线。

背景技术：

微带贴片天线具有体积小、重量轻、剖面薄、易共形等诸多优点，在卫星定位、无线通信、远程遥感、航空航天等领域的应用十分广泛。在机载或弹载应用的时候，对微带贴片天线尤其强调其低剖面、宽频带和圆极化的性能要求。但微带贴片天线输入阻抗随频率的变化十分敏感，导致其阻抗带宽很窄。当前的微带贴片天线普遍都采用有机介质材料或陶瓷材料作基板，为了拓展微带贴片天线的带宽，常用途径包括增大基板厚度、降低基板介电常数、采取多层结构、附加阻抗匹配等。但这些方式都是以增大天线的厚度或面积为代价的，不利于微带贴片天线与载体的共形设计以及小型化的发展趋势。微带贴片天线兼顾低剖面和宽带化发展的矛盾始终未能得到很好的解决。此外，在实现微带贴片天线的圆极化性能方面，目前主要都是采取在辐射贴片上进行适当切角的方式。这种方式虽然实现起来比较方便，但天线的圆极化效果并不是太好，天线轴比参数较差，且对贴片切角的尺寸精度要求很高。

近年来LTCC(低温共烧陶瓷)技术的出现和发展为开发创新结构设计的微带贴片天线提供了强大的动力。LTCC技术作为一种先进的多层陶瓷技术，不仅可将传统微带贴片天线的结构从原先的一维扩充到三维，而且LTCC技术多层化过程中采用了流延和通孔技术，除了方便于加工生产以外，还可提供比常规基板材料更好的层厚控制，得到嵌入元素值上更紧的公差，因而有望为开发新型的低剖面、宽频化以及低轴比的微带贴片天线创造条件。

目前，由于LTCC天线的研究和设计起步较晚，相对于LTCC片式电感、电容、滤波器等无源片式器件而言，基于LTCC技术的天线设计和制作都还处于初级阶段，且主要都是关于曲折线型结构蓝牙微带天线的报道和专利申请(如专利申请号：200710027140.8；200710067942.1)。此外，我们此前也申请了两项LTCC叠层微带贴片天线的发明专利(专利申请号：200910058735.9和201019087048.X)，但前一申请专利中，发明点主要侧重于在维持低剖面的前提下采取创新结构设计来提高天线的带宽上，馈电方式为单馈电。在后一申请专利中，发明创新点则主要侧重于基于LTCC叠层和通孔技术，采取双馈电的方式，更好的兼顾微带贴片天线低剖面、宽频带以及圆极化的性能。在本申请专利中，采取的方式与以上两申请专利完全不同，本专利采取电磁耦合馈电的方式，基于LTCC技术和创新设计的馈电网络及结构特征来实现微带天线的圆极化，宽频带和小型化，同时兼具天线低剖面的优点。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有微带贴片天线在兼顾低剖面、宽频带，圆极化以及小型化方面的不足，提供一种LTCC叠层耦合馈电圆极化微带贴片天线，可以更好的兼顾了微带贴片天线低剖面、宽频带，圆极化以及小型化的性能要求。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种LTCC叠层耦合馈电圆极化微带贴片天线，如图1至图3所示，包括相互重叠的馈电层介质基板和辐射层介质基板。所述馈电层介质基板采用相同的多张LTCC流延陶瓷膜片叠片烧结而成，其上表面印刷了一层具有对称“十字”形镂空区域的接地金属层，其下表面印刷得有馈电电路以及与馈电电路绝缘的屏蔽金属层；所述辐射层介质基板采用相同的多张LTCC流延陶瓷膜片叠片烧结而成，其上表面印刷得有辐射金属层。

所述馈电电路包括Wilkins功分器和90°移相微带线，其功能是将引入的激励信号功分、移相成为四个幅度相等、相位按顺时针或逆时针方向依次相差90°的分支激励信号，四个分支激励信号所在端口的几何中心与接地金属层中对称“十字”形镂空区域的几何中心以及辐射金属层的几何中心位于同一条垂直于辐射金属层的直线上。

所述接地金属层与所述屏蔽金属层之间通过平均分布的金属化通孔相互连通。

所述辐射金属层为一个分形图形结构(如图3所示)，所述分形图形结构是在正方形金属贴片内部内接镂空圆，再在镂空圆内接正方形金属贴片，如此依次迭代而成；其中，每个镂空圆的直径小于它所外接的正方形金属贴片的边长；每个内接正方形金属贴片对角线长度大于它所外接镂空圆的直径，并将它所外接的镂空圆分割成四个对称的弓形镂空。

上面所述基板所采用LTCC陶瓷的相对介电常数范围可取2～100之间。各层基板通过LTCC叠层和等静压工艺后先形成一个生坯整体，再进行低温共烧。接地金属层以及屏蔽金属层除了可采取大面积印刷银浆的方式外，也可采取印刷网格银浆的方式，这样有助增强LTCC叠层的附着力，但同时也会在一定程度上增大天线的损耗。